一种制备碳纳米管和氢气的方法和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113135562A(43)申请公布日2021.07.20(21)申请号202010066798.5(22)申请日2020.01.20(71)申请人山东晶石大展纳米科技有限公司地址255020山东省淄博市张店区心环路6号新材料交易中心909-915室申请人山东大展纳米材料有限公司(72)发明人李岩耿磊吕振华李龙利(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公司31100代理人胡嘉倩(51)Int.Cl.C01B32/164(2017.01)C01B3/26(2006.01)权利要求书1页说明书12页附图6页(54)发明名称一种制备碳纳米管和氢气的方法和装置(57)摘要本发明提供了一种能连续化生产碳纳米管和氢气的方法，所述方法包括制备催化剂前驱体，对催化剂前驱体进行预还原，在反应器中预先加入一定高度的碳纳米管作为堆积床,在保护性气体的存在下,对碳纳米管进行通电加热至气相沉积炉反应温度，将经过预还原的催化剂或未还原的催化剂前驱体投放至反应器中，在对反应器内固体物料进行搅拌的情况下，向反应器中通入碳源气体,经气相沉积炉反应生成新的碳纳米管和氢气，持续性排出部分碳纳米管和部分氢气，重复上述步骤以实现连续化制备碳纳米管。本发明还提供了用于该方法的装置，该装置具有结构简单，成本低，易于操作，原料利用率高的优点，能一次性制得大批量的高纯度碳纳米管，适用于工业化大规模生产。CN113135562ACN113135562A权利要求书1/1页1.一种连续化制备碳纳米管和氢气的方法，所述方法包括：(a)制备催化剂前驱体，或将催化剂前驱体预处理在载体上；(b)对催化剂前驱体或负载在碳纳米管上的催化剂前驱体进行预还原；(c)在反应器中预先加入一定高度的碳纳米管作为堆积床,在保护性气体的存在下,对碳纳米管进行通电加热至CVD反应温度；(d)将步骤(b)得到的催化剂或负载在碳纳米管上的催化剂投放至反应器中；(e)在对反应器内固体物料进行搅拌的情况下，向反应器中通入碳源气体,经CVD反应生成新的碳纳米管和氢气；(f)保持碳纳米管床层处于一定料位，持续性排出部分碳纳米管和部分氢气；(g)重复步骤(d)-(f),以实现连续化制备碳纳米管。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将催化剂前驱体预处理在载体上的方法选自沉淀法、浸渍法、溶胶凝胶法、熔融法或热分解法。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，预先加入的碳纳米管堆积床的高度为反应器高度的1/5-4/5，优选1/2-4/5，从反应器底部起算。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对碳纳米管进行直接通电加热，并任选地采用电阻丝加热、石墨电极加热、硅钼棒加热或其组合形式进行辅助加热。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，持续或间歇通入特定比例的消碳气体，所述消碳气体为二氧化碳、氧气、水蒸气或它们的组合，优选二氧化碳。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳源气体为具有等于或小于6个碳原子的烃类，优选甲烷、丙烷、乙烯，更优选甲烷和丙烷。7.一种用于连续化制备碳纳米管和氢气的装置，其特征在于，所述装置包括:(a)用于进行CVD反应的主反应器，该主反应器具有催化剂进料口、气体进气口、反应物料出口和出气口；在主反应器的反应区域设置搅拌系统、加热控温系统；(b)催化剂储罐，所述催化剂储罐设置在主反应器上方通过催化剂进料口与主反应器相连；(c)出料装置，所述出料装置设置在主反应器底部，通过反应物料出口将碳纳米管产品排出反应器；其中所述气体进气口位于主反应器底部，所述出气口位于主反应器顶部，用于排出反应尾气和氢气。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述出料装置为塔型炉箅、翻板炉箅或星型出料器。9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括在主反应器的催化剂进料口处设置的催化剂进料和布料器。10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在催化剂进料口的压力锁装置，以及设置在产品出口的压力锁装置。2CN113135562A说明书1/12页一种制备碳纳米管和氢气的方法和装置技术领域[0001]本发明涉及一种制备碳纳米管和氢气的装置及方法,具体涉及一种通过将催化剂堆积在装有出料装置的反应器中经气相沉积反应制备碳纳米管和氢气的工艺方法和装置。背景技术[0002]碳纳米管具有非常优异的物理机械性能，碳纳米管的微观结构可看作是石墨片卷曲而成的一个无缝中空的管子，它的长径比很大，通常直径在1-100nm之间，长度在几微米到上百微米。碳纳米管具有优异的力学、电学等性能，它的硬度与金刚石相当，杨氏模量约为1.8TPa；拉伸强度约为200GPa，比钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。同